電刷鍍技術(shù)的概況、應(yīng)用及前景

 

一、電刷鍍技術(shù)的介紹

電刷鍍是用電解方法在工件表面獲取鍍層的過程。其中的在于強化、提高工件表面性能，取得工件的裝飾性外觀、耐腐蝕、抗磨損和特殊光、電、磁、熱性能；也可以改變工件尺寸，改善機械配合，修復(fù)因超差或因磨損而報廢的工件等，因而在工業(yè)上有廣泛的應(yīng)用。

電刷鍍技術(shù)（簡稱刷鍍技術(shù)）是電鍍技術(shù)中的一個重要分支，除了有上述的共同作用外，它更偏重于工件的修復(fù)應(yīng)用和中小批量工件的功能性表面強化。因此在實踐上更要求現(xiàn)場或在線施鍍，在保證鍍層品質(zhì)的基礎(chǔ)上，更強調(diào)鍍層的快速高效沉積。刷鍍的基本過程是用裹有包套浸漬特種鍍液的鍍筆（陽極）貼合在工件（陰極）的被鍍部位并做相對運動形成鍍層，刷鍍電源串接于兩級之間。為了穩(wěn)定地向工件表面液層提供足夠的被鍍金屬離子，高濃度的刷鍍液直接泵送或自然回流陰陽極之間。

二、 電刷鍍技術(shù)的服務(wù)內(nèi)容

（1）磨損零部件的修復(fù)強化?各種機械不同材料的軸類?箱體?端蓋及其它零部件磨損后均可采用電刷鍍的方法修復(fù),修復(fù)硬度范圍HRC20-60,可滿足各種工況的要求,大幅度提高其使用壽命?

（2）發(fā)動機曲軸磨損超差的修復(fù)?采用電刷鍍的方法可以恢復(fù)磨損超差曲軸的原有尺寸,大大延長曲軸的使用壽命?

（3）加工超差復(fù)原?貴重機械零部件加工超差,可以方便地使用電刷鍍的方法校正其幾何形狀和尺寸精度?

（4）大型機械零部件的不解體修復(fù)?對于大型的?精度高的?結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機械零部件,可在現(xiàn)場進行不解體的局部修理,省去了拆卸?吊裝?運輸?shù)拳h(huán)節(jié),效率高,經(jīng)濟省時?

（5）強化新產(chǎn)品新工件表面?可應(yīng)用于新產(chǎn)品新工件的生產(chǎn)工藝中,對其進行強化處理使之具有特定機械性能和物化性能?

（6）制備工件?設(shè)備?金屬結(jié)構(gòu)件的表面防護層?在工件?設(shè)備或鋼鐵結(jié)構(gòu)件的表面涂鍍防護層,使其表面具有高效耐腐蝕?抗氧化?耐高溫等特殊性能,是一般涂料涂裝防護所不能比擬的

用電刷鍍修復(fù)印刷電路?電工器件的觸頭?電子元件的管腳管座等?

三、電刷鍍技術(shù)的新發(fā)展

隨著對電刷鍍技術(shù)的不斷研究及推廣應(yīng)用，鼎正科技刷鍍技術(shù)得到了進一步發(fā)展，不僅應(yīng)用于破損零部件的修復(fù)中，和其它表面工程技術(shù)一樣，得到了長足的發(fā)展。目前在材料工程、制造工程中都有應(yīng)用，其工藝也將更加完善、成熟。

   1、 電刷鍍復(fù)合鍍層的研究

     復(fù)合鍍層是鍍層研究及應(yīng)用中的重要發(fā)展方向。復(fù)合鍍層按其結(jié)構(gòu)可分為層狀鍍層和彌散鍍層。層狀鍍層是兩種或多種金屬元素依次沉積而形

成的多層鍍層。按使用性能設(shè)計合理的多層結(jié)構(gòu)，可有效地提高涂層與基體之間的結(jié)合強度，改善涂層內(nèi)應(yīng)力的分布及裂紋的擴展方向，獲得一些特殊和優(yōu)異的性能。通過鍍層結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝調(diào)整，還可以針對零部件的結(jié)構(gòu)特點及工作條件制備出性能各異的鍍層，以滿足不同使用要求(如減磨、耐磨、耐腐蝕、耐高溫等)。彌散鍍層是指在常規(guī)鍍液中加入一些高性能的固體微粒，使這些微粒均勻地懸浮在鍍液中，并在電刷鍍時與金屬離子共沉積，以獲得性能優(yōu)良的復(fù)合鍍層。研究表明，在刷鍍液中加入微米級第二相的彌散顆粒(如SiC、A1 0，、SiO、ZrO 、金剛石等 -41)，對共沉積后形成的復(fù)合鍍層起到一定的彌散強化作用。但當(dāng)采用的彌散顆粒粒徑較大時，難以保證鍍層組織的均勻性及性能穩(wěn)定性，在工業(yè)上的應(yīng)用受到一定限制，尚有待對鍍層組織及結(jié)構(gòu)作進一步的改善。

   2、電刷鍍技術(shù)在納米表面工程中的新進展

     （1）復(fù)合材料相關(guān)的研究表明，采用微米級第二相的顆粒彌散強化，其增韌效果并不十分顯著。采用納米顆粒復(fù)合時，則會得到顯著的增韌補強效果。1988年，Izaki等用納米碳化硅增強Si3N4陶瓷，使SiC／Si3N,陶瓷的力學(xué)性能較單相si3N4陶瓷有了顯著改變。日本的新源皓一等 在微米級A1 O，中加入5 tool％的SiC納米粉末合成了高強度納米復(fù)相陶瓷以來，納米復(fù)合陶瓷由于具有比微米復(fù)相陶瓷更加優(yōu)越的性能，尤其是強度和高溫性能，已成為近年來陶瓷材料領(lǐng)域內(nèi)的研究熱點之一，具有發(fā)展成為一種新型結(jié)構(gòu)材料的良好前景。同樣，對復(fù)合鍍層用材料而言，以納米一納米、納米一微米為第二彌散相或多彌散相的復(fù)合鍍層有可能使機械性能得到較大幅度的改善。

    （2）納米材料由于其表面和結(jié)構(gòu)的特殊性，具有一般材料難以獲得的優(yōu)異性能，為鍍層材料的組成和性能提高提供了有利的條件，并使得材料的功能化具有極大的可能。將納米粉體與電刷鍍技術(shù)相結(jié)合，制備納米或含有納米粉體的表面復(fù)合鍍層，可使基體表面的機械、物理和化學(xué)性能得到提高，達到材料表面改性與功能化的目的。與傳統(tǒng)鍍層相比，納米鍍層應(yīng)具有高強度、高韌性、更好的耐腐蝕性能、更優(yōu)越的抗磨性能和抗熱疲勞性能。特別是納米材料的特性為制備在嚴(yán)酷條件或特殊環(huán)境下(如超高溫／低溫、超高壓、真空、腐蝕環(huán)境、輻射、聲吸收、信號屏蔽和承受點載荷等)服役的納米結(jié)構(gòu)鍍層和功能性納米鍍層開辟了新領(lǐng)域。納米材料的鍍層制備，不僅可以發(fā)揮納米結(jié)構(gòu)材料的性能優(yōu)勢，還可最大限度地降低

因以納米結(jié)構(gòu)材料作為基材使用帶來的高成本。

    （3）馬亞軍，徐龍?zhí)玫葢?yīng)用電刷鍍技術(shù)制備了含有Ni包納米粉的鎳基復(fù)合鍍層。采用鎳包裹納米顆粒解決了粉粒在鍍層中共沉積時的均勻分布難

題。對復(fù)合鍍層的表面形貌、組織特征、顯微硬度等進行了測試，并提出了鎳包納米A1：0，粉、鎳包納米SiC粉與鎳共沉積的機理。張玉峰等提出了納米Ni—Z10 復(fù)鍍層刷鍍工藝，試驗表明，鍍層中的ZrO粒子復(fù)合量隨鍍液中ZrO 含量的增大而增大，時效熱處理能明顯提高鍍層的硬度，經(jīng)400 oC時效熱處理后，硬度達最大，納米Ni—ZrO 復(fù)合鍍層的高溫耐磨性是基材(40Cr鋼)的5～7倍。這是由于復(fù)合刷鍍層中納米ZrO 的存在抑制了晶粒的長大，從而提高了鍍層的硬度和耐磨性。復(fù)合刷鍍納米Ni—z 鍍

層具有優(yōu)良的高溫耐磨性，可用于高溫下磨損后設(shè)備的修復(fù)處理(如處于6OO oC以上高溫工作環(huán)境中的高速柴油機的缸體、發(fā)動機軸承襯墊和汽車燃?xì)鉁u輪發(fā)動機主軸等修復(fù))。張偉等“川用含納米金剛石粉的鎳鍍液電刷鍍復(fù)合鍍層，系統(tǒng)試驗研究了復(fù)合鍍層中納米金剛石對鍍層顯微結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能及耐磨性能的影響。結(jié)果表明，納米金剛石的彌散強化作用，可有效改善鍍層的生長、減小內(nèi)應(yīng)力，提高鍍層的顯微硬度。含納米金剛石粉的復(fù)合鍍層在室溫、高負(fù)荷下具有優(yōu)良的抗疲勞和抗磨損性能，其耐磨性是純鎳鍍層的4倍。

  3、 電刷鍍復(fù)合工藝的進展

     電刷鍍技術(shù)與其它表面工程技術(shù)(特別是高能束流加工技術(shù)，如激光束、離子束等)的復(fù)合，是電刷鍍復(fù)合工藝的重要發(fā)展方向?？煞譃橐噪娝㈠?yōu)榍暗拦ば虻膹?fù)合(電刷鍍+其它表面工程技術(shù))及以電刷鍍?yōu)楹蟮拦ば?/span>(其它表面工程技術(shù)+電刷鍍)的復(fù)合。其中，以電刷鍍?yōu)榍暗拦ば驎r，后道工序的主要作用體現(xiàn)在對鍍層的再處理上，此時可對已獲得的刷鍍層起到強化、增加界面結(jié)合強度、輔以鍍層特殊性能等，也可以在已獲得的鍍層基礎(chǔ)上，制備新材料層。如電刷鍍與激光微精處理技術(shù)復(fù)合時，利用激光在一些重要摩擦副鍍層表面，打出有規(guī)則的微凹體，可起到強化鍍層，改善儲油能力，提高摩擦副耐磨性能的作用；電刷鍍與激光重熔、激光強化技術(shù)的復(fù)合時，經(jīng)激光重熔或強化處理后的金屬鍍層或合金鍍層，其刷鍍層的結(jié)合強度、材料的表面性能均得以提高。電刷鍍與離子注入技術(shù)復(fù)合，在鎳鍍層、鎳鎢鍍層、銅鍍層上注入氮離子，使鍍層得到強化，可進一步提高電刷鍍鍍層的耐磨性等。電刷鍍與釬焊技術(shù)復(fù)合時，在一些難釬焊材料上鍍銅、錫、銀等過渡性鍍層，再行釬焊，可解決基體材料與釬焊材料間的性能差異，增強界面結(jié)合力。用于修復(fù)機床鑄鐵導(dǎo)軌劃傷的“夾釬鍍”即為典型的應(yīng)用實例。

    在以電刷鍍作為后道工序的復(fù)合時，若此時電刷鍍作為最終加工工序，刷鍍后的表面質(zhì)量及刷鍍層的誤差決定了零件的最終質(zhì)量；若刷鍍之后還要補充加工，此時應(yīng)留有加工的余量。如電刷鍍技術(shù)與熱噴涂技術(shù)復(fù)合時，用熱噴涂層迅速恢復(fù)尺寸，然后在涂層上進行電刷鍍，堵塞噴涂層孑L隙以降低表面粗糙度和獲得需要的涂層性能。電刷鍍與粘涂技術(shù)復(fù)合時，對于一些大型零件上的深度劃傷、溝槽和壓坑，在不便于堆焊、釬焊和熱噴涂的部位，可先用粘涂導(dǎo)電膠填補溝槽，待膠固化后再在膠上電刷鍍金屬鍍層。

    應(yīng)該說能與電刷鍍復(fù)合的表面工程技術(shù)很多，應(yīng)該根據(jù)實際應(yīng)用選擇必要的復(fù)合技術(shù)，以達到最佳的協(xié)同效應(yīng)，實現(xiàn)低成本、高性能表面工作層制備的要求。

四、電刷鍍的應(yīng)用

 1、 電刷鍍的應(yīng)用范圍

電刷鍍技術(shù)已在航空航天、機車車輛、船舶艦艇、石油化工、紡織印染、工程機械、電子電力、文物修復(fù)、工藝品裝飾、局部鍍金、渡銀等方面獲得大量應(yīng)用。概括講有以下方面：軸頸磨損的修復(fù)?？最惲慵男蘩?。滾動軸承的修理。

（1）電刷鍍工藝能快速修復(fù)機械零部件的加工超差、磨損、凹坑及劃傷，恢復(fù)磨損和超差零件的尺寸，滿足公差要求；

（2）在碳鋼、不銹鋼、鑄鐵（鋼）、銅（合金）、鋁（合金）等各類金屬材料上均有良好結(jié)合力，鍍層硬度高、耐磨性好、修復(fù)厚度能達到1.0mm以上，可滿足各種修復(fù)的性能要求。新品刷鍍保護層。用于提高零件的耐磨性、表面防腐性和抗高溫氧化性；

（3）模具的修理和防護。如表面刷鍍鏡面鍍層，滿足防腐及表面光澤度的要求，提高模具使用性能和壽命；

（4） 大型和精密零件，如曲軸、油缸、柱塞、機體、導(dǎo)桿等局部磨損、擦傷、凹坑、腐蝕點等的修復(fù)；

（5）改善零件表面的冶金性能。如改善材料的釬焊性，零件局部防滲碳、防滲氮等；

（6）改善軸承和配合面的過盈及配合性能。如增加過盈量、增加配合面的耐磨性及防腐性；

（7） 印刷電路板的維修和保護。如插腳鍍金，銀等；

（8） 電氣觸點、接頭和高壓開關(guān)的維修和防護；

（9） 通常槽度難以完成的作業(yè)。如有缺陷的鍍件修復(fù)、無法入槽的工件、已安裝在設(shè)備上的工件、只需局部施鍍的工件、部分深孔、盲孔等；

（10）在常溫下施工，保證基體不產(chǎn)生熱變形和金相組織變化，延長零部件的使用壽命。如鑄件沙眼、淬火裂紋修補，幾乎看不出痕跡；

2、電刷鍍技術(shù)在機械工程中的應(yīng)用及展望

（1）對運動零部件磨損及損傷表面的修復(fù)是電刷鍍在機械工程中的主要應(yīng)用?？煞譃橥獗砻嫘迯?fù)和內(nèi)表面的修復(fù)。外表面如：活塞桿、發(fā)動機曲軸、傳動軸和銷軸、齒輪軸等各類外圓表面“引，以及作為機床運動基準(zhǔn)的導(dǎo)軌平面。內(nèi)表面如：液壓缸、軸承座內(nèi)孔、軸套、箱體孑L系等。對具有配合性能或間隙要求的組合件電刷鍍可用作機床、夾具或組件間隙調(diào)整的方法。如柴油機軸承間隙變大后，可在連桿軸承的瓦背上刷銅鍍層，得到符合規(guī)定的軸承間隙，方便地滿足工程使用要求。對于進口的機械設(shè)備如數(shù)控機床、加工中心等，由于零配件的價格昂貴、采購周期長，如采用電刷鍍修復(fù)能使其維修成本降低、周期縮短，且維修后的表面性能可以超過原件的性能，經(jīng)濟效益非常顯著。同樣，對于機械工程用各種模具破損零件的修復(fù)也是電刷鍍修復(fù)的另一重要應(yīng)用方面。同時，電刷鍍技術(shù)還可用作各種模具的表面強化手段，對模具表面刷鍍耐磨、耐沖或耐高溫材料可提高各種機械工程用模具的使用壽命。這是最近幾年來開辟的一個新應(yīng)用領(lǐng)域。

    （2）電刷鍍因設(shè)備簡單、工藝成熟、低溫且參數(shù)可控等突出優(yōu)點將被逐漸重視。在基體上電刷鍍薄金屬層(厚度100um以下)以改善表面性能和恢復(fù)尺寸是電刷鍍技術(shù)最廣泛的應(yīng)用。同時，電刷鍍的納米結(jié)構(gòu)薄層，具有高耐磨、耐蝕性的同時，又具有高的硬度，與基體極好的結(jié)合力，可作為理想的保護性鍍層；具有低的磨損率和較低的摩擦系數(shù)，可用于要有高的耐磨性又要有低的摩擦系數(shù)的場合，如汽車發(fā)動機和液壓活塞。電刷鍍納米合金可用于飛機起落架零件和汽車減震器、液壓活塞。在核能發(fā)電機管道

內(nèi)表面電刷鍍納米晶結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場修復(fù)因晶間腐蝕及應(yīng)力腐蝕導(dǎo)致開裂、破損的管道同樣是電刷鍍納米晶材料的一項重要工業(yè)應(yīng)用。

3、電刷鍍應(yīng)用舉例

   例3.3 某一圓周運動的齒輪材料為合金鋼，熱處理后的硬度為240～285HBS，齒輪中間是一軸承安裝孔，孔直徑的設(shè)計尺寸為￠160mm，長為55mm，該零件在使用過程經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，孔直徑磨損至￠160.08 mm,并有少量劃傷.此時可采用電刷鍍工藝修復(fù).其修復(fù)工藝如下

（1）鍍前準(zhǔn)備 用細(xì)砂紙打磨損傷表面，在去除毛刺和氧化物后，用有機溶劑徹底清洗待鍍表面及鍍液流淌的部位，然后用清水充凈。

 （2）電凈處理 將工件夾在車床卡盤上進行電凈處理。工件接負(fù)極，選用SDB-1型刷鍍筆，電壓為10V，時間為10～30秒，鍍液流淌部位也應(yīng)電凈處理。電凈后用水清洗，刷鍍表面應(yīng)達到完全濕潤，不得有掛水現(xiàn)象。

 （3）活化處理 用2號活化液，工件接正極，電壓為10V，時間為10～30S，刷鍍筆型號同前?；罨幚砗笥们逅疀_洗零件。

 （4）鍍層設(shè)計 由于孔是安裝軸承用的，磨損量較小，對磨損性要求不高，可采用特殊打底，快速金屬鎳增補尺寸并作為工作層。為零件刷鍍后免去加工工序，可采用電刷鍍方法將孔直徑鍍到其制造公差的中間值，即￠160.02mm,此時單邊鍍層厚度為0.03mm.。

  (5) 鍍過鍍層  用特殊鎳鍍液，工件接負(fù)極，電壓為10V，鍍層厚度為1～2微米。

 （6）鍍工作層  刷鍍過鍍層后，迅速刷鍍快速鎳，直至所要求的尺寸。

  (7)鍍后檢查和處理  用清水沖洗干凈，擦干后，測量檢查刷鍍后孔徑尺寸、孔表面是否光滑，合格后涂防銹油。

隨著電刷鍍技術(shù)的深人研究及推廣應(yīng)用，在刷鍍設(shè)備、刷鍍工藝、刷鍍材料等方面將得到很大發(fā)展。目前，在實現(xiàn)鍍層尺寸的可控性、以自動控制代替手工操作的刷鍍專用機床還有待于開發(fā)；面對納米顆粒材料的難分散性，如何實現(xiàn)顆粒的分散與傳輸，形成均勻致的鍍層工藝還有待于深人研究；刷鍍技術(shù)與其它新技術(shù)的復(fù)合使用，既可提高刷鍍本身性能，也可進一步拓展刷鍍技術(shù)的應(yīng)用范圍。

 

                                                                   

 

 

 

                                                 鄭州鼎正電子科技有限公司技術(shù)部

                                                             二〇一二年八月九日